[发明专利]新型混凝土组合物

说明书

本发明涉及新型混凝土组合物及其用途。

自从20世纪80年代以来，已知硅粉(silica fume)作为水泥中的 添加剂。自此，硅粉的使用程度得到增长，而且目前通常认为硅粉是 在高性能混凝土(HPC)，特别是超高性能混凝土(UHPC)(若获得足 以用于现代建筑方法的性能，如抗压强度)的制备中不可缺少的材料。

高性能混凝土通常具有50至100兆帕的28天抗压强度。超高性 能混凝土通常具有100兆帕以上，且通常120兆帕以上的28天抗压强 度。

硅粉，也称为微硅粉，是硅或硅铁合金制备中的副产物。硅粉的 主要成分为非晶态二氧化硅。单独粒子通常具有约5至10纳米的直径。 单独粒子附聚形成0.1至1微米的附聚物，然后聚集在一起形成20至 30微米的聚集体。硅粉通常具有10-30平方米/克的BET表面积。其已 知作为反应活性火山灰材料。

火山灰在由Amold出版的Lea′s Chemistry of Cement and Concrete， 第4版中描述为天然或合成的无机材料，当其与氢氧化钙(石灰)或 与能释放氢氧化钙的材料(如Portland水泥熟料)混合时在水中硬化。 火山灰通常为硅质或者硅质及铝质材料，其单独具有很少或不具有水 泥价值，但能够在湿气的存在下在室温下与氢氧化钙进行化学反应而 形成具有水泥性能的化合物。

因此，应了解硅粉在含有硅粉的混凝土混合物的固化过程中起到 积极作用，且硅粉积极参与到水泥化合物的形成中，所述水泥化合物 将存在的各种粒状材料粘合在一起并由此有助于所得混凝土的强度。

WO 2005/077857描述了一种包含具有不同测得粒度的煅烧铝土矿 砂和硅粉的混合物的极高性能混凝土，其中加入具有确定比表面积值 (10平方米/克以上)和形状指数(至少为0.3，其中形状指数为粒子 厚度与粒子长度的比例，由场效应扫描电子显微镜测得)的超微细碳 酸钙以改进混凝土的白度。碳酸钙的超微细粒子的平均直径为约70纳 米。

WO 2006/134080A1描述了碳酸钙粒子在如具有改进性能的石膏、 灰墁(stucco)、水泥抹面、砂浆和混凝土的建筑材料的制备中的用途。 所述的改进性能包括良好的吸声性能和高的耐磨性，但不包括抗压性 能。

本发明试图用非火山灰材料代替混凝土中基本上全部的火山灰硅 粉，而同时保持所需的性能和其组合；这样的性能包括抗压强度；本 发明试图提供尽管没有硅粉，但仍具有例如足够抗压性能的高性能， 尤其是超高性能混凝土。本发明也试图提供具有较短凝固时间的混凝 土。

因此本发明提供了一种混凝土，其包含以相对重量份计的如下组 分：

100重量份Portland水泥；

50至200重量份(优选80至170，更优选100至150重量份)具 有D10至D90为0.063至5毫米的单级配的砂子或者砂子的混合物(优 选两种砂子)，最细的砂子具有0.063至1毫米的D10至D90且最粗的 砂子具有1至4毫米的D10至D90；

10至80重量份(优选10至50，例如20至40重量份)平均粒子 大小15微米以下的粒状的基本上非火山灰材料；

0.1至10重量份减水超塑化剂，和

10至30重量份水；

该混凝土基本上不含硅粉；

所述混凝土具有100兆帕以上的28天抗压强度。

100兆帕的抗压强度通常在进行或不进行热固化下获得。优选热固 化以促进较大的强度。所述抗压强度优选120兆帕以上，更优选150 兆帕以上。

所述砂子通常为二氧化硅或石灰石砂、煅烧铝土矿或粒状冶金残 余物；微细砂也可包含研磨硬密矿物材料，例如研磨玻化炉渣。优选 的砂子混合物包含砂子的混合物(优选两种砂子)，最细的砂子具有 0.063至1毫米的D10至D90且最粗的砂子具有1至2毫米的D10至 D90。

本发明的混凝土优选为自浇注(self-placing)混凝土。其优选具有 2至16小时的Vicat凝固时间，例如4至8小时。HPC和UHPC由于 其较高的水泥含量，通常在凝固时显示较高收缩。通过在加入水之前 在混合物中包括通常2至8，优选3至5，例如约4份生石灰、烧石灰 或氧化钙，可减少总收缩。